利用质量管理覆盖系统应对VoIP的QoS问题

人们对IP网络的语音质量越来越关注，因而对质量机制需要的标准演进也更加重视。质量监控和先进的实时算法需要标准化的架构，在这种架构中质量的衡量数据可以在端点间交换，还能与质量监控代理进行通信以实现更全面的分析。目前，有许多种架构和技术可用来实现该功能。对核心运营商网络来说，在任何大规模的下一代质量保证体系可被实施前，都需要一个标准化的质量架构。本文介绍了最主要的一些质量架构问题，这些问题涉及到IP网络及现有电路交换和蜂窝网络。

‘质量覆盖’需求

过去，IP服务质量(QoS)机制的目标一直是确保特定服务具有特定的服务水平。这些QoS机制试图保证最小的吞吐量速率或最长的延迟时间，它们还提供了一种用于优先处理某类顾客或某类业务的框架。这些QoS机制不能保证完全不出错的环境，也不能确保网络没有丢包或抖动。

因此，QoS机制一般并不保证对语音和视频等实时应用提供高品质的用户体验。另外，当出现服务质量劣化时，它们也不采取补救措施。这些方法所缺失的另一个关键之处是没有对信令层的监视，而整个网络需要利用信令层建立和维持用户连接。在当今复杂的IP网络拓扑中，一个用户连接要横跨10个或更多个不同“网络”才能建立完整通道的情况并不少见。这些不同的网络可能涉及IP或异步传输模式(ATM)技术、公共交换电话网(PSTN)以及各种蜂窝射频空中接口。

为了更有效地处理上述问题以及网络间的各种切换问题，需要一个完善的质量架构。现有机制一般局限于分配带宽并最小化延时，所以是很不够的。建立一套完整和高质量的架构要求在整个网络和跨越不同服务供应商边界的地方部署分布式智能。使网络端点具有智能是实现该目标的第一步。

端点设备

在任何电话通话中最容易想到的端点设备是话机。也很容易将两个IP话机设想为通话中的两个端点。除了通话本身外，这些IP话机还可以提供有关通话质量的统计数据。但是端点定义应扩展到涉及任何媒体或任何技术的整个通信基础架构内的任一点，包括线缆、PSTN、无线及协议或编码发生改变的地方。按此定义，所有网关和代码转换节点都可被视为端点。为便于讨论，图1提供了端点图解。

图1：IP网络端点示意图。

IP话机和无线手机内的智能提供了用户体验最可靠和最直观的指示，因为它是最接近用户的监控点，分组和内容受损数据都在此接入。在IP话机情况下，很容易通过IP网络获得统计数据。有各种协议可实现此目的 (见本文末尾的补充说明：“用于编译IP网络上用户体验统计数据的协议”)。在手机应用场合，质量衡量指标可当作数据发送，而且在目前的蜂窝网络上传送时只需很小的带宽。

PSTN的设计使得普通老式电话服务(POTS)电话机无法提供质量报告，因为这种设备没有相应的数据通道。在大多数情况下这并非必须，因为4kHz POTS语音信道具有延时固定的专用带宽。但这并不是说这种环境下没有问题；只是没有办法收集用户服务质量体验的衡量数据。在很大程度上POTS是一种“开/关”设备，或者工作，或者不工作。

在目前的通信领域内，一部话机呼叫另一部话机需要经过多个网关。例如，一个先进数字家庭的IP电话可能要拨打到遥远而质朴的乡村。所有这些复杂的连接都要涉及多种网关。有时，这些网关需要完成将PSTN中的传统电话交换技术转换为IP技术的复杂任务。在这种情况，PSTN和IP连接都将被有效终结，网关处于理想的位置，可报告两个方向的语音质量。

随着移动网络的发展，有许多语音编码技术被开发出来。这一发展过程目前仍在继续，有许多新的编解码器仍在开发中。当一个特定移动网络的用户想同另一个也许是不同无线、宽带甚至PSTN网络用户通话时，可能就需要代码转换。这一转换过程需要将语音数据包先分割然后再重组。这是网络中另一处可借助免打扰方式实施质量监控的地方。

上述用户质量监控功能需要免打扰技术，这种技术本身不会过多地影响用户体验，也不会给端点设备增加处理负担。数字信号处理器(DSP)是实现这种可扩展处理功能的最常用技术。由于DSP的可编程性和灵活性，它非常适合目前通信基础设施正在发生的变化。随着新编解码器的推出以及为了满足新应用需求而做的各种特性和功能开发，DSP的灵活性将得以很好地利用。

质量管理系统

除了在端点收集的质量数据外，还可在网络中部署探测装置以收集和分析各种质量数据。历史上，这些质量数据常用于查错。在网络中策略性部署的有源或无源探测装置可用来捕获查错所需的数据。目前，这些探测装置可以做成软件被嵌入到端点内，从而支持更全面和更实时的故障隔离，并以经济和可扩展的方式监视网络边缘的性能。另外，当检测到某些故障时，可将专门的探测代理下载进端点。

无论是从端点还是从网络探测装置的角度看，设备供应商和网络运营商都可以从多种协议中选取某种协议来报告质量数据。为此目的，目前正在开发新的标准，而现有的标准也在升级。另外，用于IP网络的新型质量管理覆盖系统正在迅速发展，它能从智能端点收集实时语音或视频服务的质量信息。这类质量管理覆盖系统可对通话质量数据进行专家分析，并且可被集成进基于现有SNMP的管理架构内。这些覆盖质量系统可以帮助服务供应商提前确认用户体验质量的下降并采取补救措施。

图2：在IP网络上使用行业标准覆盖质量管理系统, 嵌入式软件代理可实现质量监控。

图2显示了如何在IP网络上使用行业标准覆盖质量管理系统。图中显示了嵌入式软件探测装置，如IP话机中的行业标准VQMon代理，它们可实时监测通话质量。这些代理可生成RTCP XR消息，这些消息每5到10秒就进行交换以提供质量反馈，并对质量进行更准确的评估，因为每个端点都可整合其他端点提供的服务质量信息(如回波水平)。在通话结束时，SIP QoS 报告将被发送至通话质量管理系统(如图2所示Telchemy公司的SQmediator)。届时，语音质量管理器就可通过SNMP向网络管理器提供全面的总结和分析。

目前，可被覆盖到IP网络上的许多质量架构能力业已存在。如前所述，行业标准已经得到开发和验证，可以帮助端点有规律地监控并准确报告质量数据。基于开放标准增强了覆盖式质量架构的可扩展性，而可扩展性是快速扩展IP网络的一个关键特性。

另外，这种质量架构必须能够迅速响应不断变化的条件。实时查询端点可以确定故障或服务劣化的根源，并启动纠错行为以便迅速缓解劣化状态。网络中的中间点可以收集和管理端点生成的质量数据。当然，这种架构的部署必须具有成本效益，而且对端点性能的影响可以忽略不计。

即使质量架构的每一部分都可获得，搭建一个处理语音质量的架构也非一朝一夕之功。规章制度和私密性问题以及运营商间不愿共享质量数据等问题都将延缓该进程。例如，RTCP-XR内报告的哪些参数确实被认为是私密的，不能被共享？另外，运营商A是否允许将质量数据从他用户的IP话机发送到运营商B的IP话机？或者运营商B是否愿意将质量数据从其会话边界控制器或网关系统传送至运营商C的IP话机？这些问题都未可知，它们当然会对任一种质量架构的部署速度产生影响。

尽管如此，IP的本质以及对更高用户体验质量的渴望已经成为推动标准进步以解决这些质量问题的驱动力。这种趋势很可能得到进一步加强。一旦时机成熟，同一个基础架构将能同时支持语音和视频通信。

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Sidebar：

用于编译IP网络上用户体验统计的协议

RTCP语音质量报告

1. RTCP-XR(VoIP衡量指标)或“XR”已在RFC-3611内定义，它包括分组丢失率、分组丢弃率、突发包密度和时长、包间隙密度和时长、环路延时、末端系统延时、信号电平、噪声电平、残留回波反射损耗、MOS收听质量、MOS通话质量和抖动信息。例如，TI的PIQUA质量技术就利用了Telchemy公司可以提供MOS分值的VQMon。VQMON为精确测量MOS分值提供了良好的方法。

2. 目前因特网工程任务组(IETF)正在开发RTCP HR或“高分辨率”，其目的是根据运营商网络中一些应用要求，增加用于报告更高分辨率衡量数据的新模块类型，从而强化现有RTCP XR性能。

会话初始化协议(SIP)

SIP是可以提供通话结束后质量报告的众多协议之一。借助SIP，语音质量信息可在每次通话后被装入呼叫服务器用于离线分析和报告生成。

实时流媒体协议(RTSP)

RTSP是一种诊断协议，远程客户可以利用该协议设置和配置一个或多个包括所有可用系统统计和诊断的选择性收集在内的诊断流程。诊断流程一旦设好置后，诊断数据流就被送至客户那里按要求进行收集、处理和转发。可以利用SETUP、PLAY、PAUSE、TEARDOWN、GET_PARAMETER和SET_PARAMETER等标准的RTSP方法对诊断数据流进行创建和配置。

其他相关标准

基于信令的报告：

H.248.30——Megaco扩展

H.460.9 Annex B——H.323扩展

强制执行RTCP XR的标准：

G.799.1——VoIP 中继网关规范

PacketCable 1.5——美国电缆行业规范